iOS-底层原理 06：malloc 源码分析

在iOS-底层原理 02：alloc & init & new 源码分析文章中，alloc有3个核心操作，其中一个就是calloc，即申请内存，这就是今天需要探索的内容，其实探索的本质也是为了验证 ios中对象中实际的对齐方式是8字节对齐

objc4中分析calloc 源码

• 首先从alloc进入objc的源码，找到obj = (id)calloc(1, size);操作，涉及的方法顺序是alloc --> _objc_rootAlloc --> callAlloc --> _objc_rootAllocWithZone --> _class_createInstanceFromZone
  

这里calloc的探索需要切换到 libmalloc源码中，可以在这里下载最新版，接着往下走

libmalloc中分析calloc源码

• 在可编译的libmalloc中定义一个可编译的target，在main中使用calloc创建一个指针
  

• 进入calloc的源码实现，其中的关键代码在于1713行的 malloc_zone_calloc
  • 其中default_zone是一个默认的zone，目的就是引导程序进入一个创建真正zone的流程
    

• 进入malloc_zone_calloc的源码实现，关键代码是1441行的zone->calloc
  

  
  • 其中zone->calloc传入的zone 就是 上一步中的 default_zone
  • 这个关键代码的目的就是申请一个指针，并将指针地址返回

• 在进入zone->alloc的源码，发现是一个calloc的声明，到此，源码就无法继续跟进了
  

  

那么重点来了！！！想要继续跟进源码，可以通过以下方式：

• 在 malloc_zone_calloc中的关键代码，即ptr = zone->calloc(zone, num_items, size);处，加一个断点，然后运行

• 断点断在 ptr位置，想要进入zone->calloc源码实现，有两种方式：

  • 按住control + step into，进入calloc的源码实现

  • ，然后通过lldb命令p zone->callocde查找源码实现，通过打印得知zone->calloc的源码实现在default_zone_calloc方法，然后全局搜索default_zone_calloc方法，找到具体实现
    

    

• 进入calloc的源码实现，其中主要由两部分操作
  • 创建真正的zone，即runtime_default_zone方法
  • 使用真正的zone进行calloc
    

断点断在zone的位置，此时通过lldb命令p zone->alloc 是不行的，因为zone还没有赋值

zone 未赋值的验证

• 进入runtime_default_zone的源码实现
  

  

• 进入inline_malloc_default_zone的源码实现，通过查看malloc_zones的值发现是NULL，可以得出，此时的zone还未赋值
  

  

继续跟踪源码

• 回到default_zone_calloc方法，继续执行，断在zone->calloc部分，此时同样可以通过上述的两种方法任选其一进入 calloc的源码实现nano_calloc
  

• 进入nano_calloc方法，其中的关键代码是 878，此时的p是pointer表示指针 和前面的 ptr一样，主要由两部分逻辑
  • 如果要开辟的空间小于 NANO_MAX_SIZE，则进行则进行nanozone_t的malloc
  • 反之，就进行helper_zone流程
    

• 进入_nano_malloc_check_clear源码，将if else 折叠，看主流程
  • 其中segregated_next_block 就是指针内存开辟算法，目的是找到合适的内存并返回
  • slot_bytes是加密算法的盐（其目的是为了让加密算法更加安全，本质就是一串自定义的数字）
    

• 进入segregated_size_to_fit加密算法源码, 通过算法逻辑，可以看出，其本质就会16字节对齐算法

#define SHIFT_NANO_QUANTUM      4
#define NANO_REGIME_QUANTA_SIZE (1 << SHIFT_NANO_QUANTUM)   // 16

static MALLOC_INLINE size_t
segregated_size_to_fit(nanozone_t *nanozone, size_t size, size_t *pKey)
{
    size_t k, slot_bytes;
    //k + 15 >> 4 << 4 --- 右移 + 左移 -- 后4位抹零，类似于16的倍数，跟 k/16 * 16一样
    //---16字节对齐算法，小于16就成0了
    if (0 == size) {
        size = NANO_REGIME_QUANTA_SIZE; // Historical behavior
    }
    k = (size + NANO_REGIME_QUANTA_SIZE - 1) >> SHIFT_NANO_QUANTUM; // round up and shift for number of quanta
    slot_bytes = k << SHIFT_NANO_QUANTUM;                           // multiply by power of two quanta size
    *pKey = k - 1;                                                  // Zero-based!

    return slot_bytes;
}

在iOS-底层原理 05：内存对齐原理文末，已经提及过该算法，这里不再过多说明

• 回到_nano_malloc_check_clear方法，进入segregated_next_block源码，这个方法主要就是获取内存指针
  • 但是如果是第一次走到segregated_next_block函数，band不存在，缓存也不会存在，所以会调用segregated_band_grow，来开辟新的 band
    

• 进入segregated_band_grow源码，主要是开辟新的band
  

先记录libmalloc源码中malloc分析的思路，需要时间研究源码，后续再补充完善！！！

参考链接

• iOS 高级之美（六）—— malloc分析